p Ao iluminar uma lâmina de vidro pontilhada com milhões de minúsculos pilares de dióxido de titânio, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e seus colaboradores reproduziram com surpreendente fidelidade os tons luminosos e sombras sutis de "Garota com um brinco de pérola, "Obra-prima do artista holandês Johannes Vermeer. A abordagem tem aplicações potenciais para melhorar as comunicações ópticas e tornar a moeda mais difícil de falsificar. p Por exemplo, adicionando ou eliminando uma cor específica, ou comprimento de onda, de luz viajando em uma fibra óptica, os cientistas podem controlar a quantidade de informações transportadas pela fibra. Ao alterar a intensidade, os pesquisadores podem manter o brilho do sinal de luz enquanto ele viaja por longas distâncias na fibra. A abordagem também pode ser usada para "pintar" papel-moeda com detalhes de cores pequenos, mas intrincados, que um falsificador teria grande dificuldade em falsificar.

p Outros cientistas já usaram pilares minúsculos, ou nanopilares, de tamanhos variados para capturar e emitir cores específicas quando iluminadas com luz branca. A largura dos nanopilares, que têm cerca de 600 nanômetros de altura, ou menos de um centésimo do diâmetro de um cabelo humano, determina a cor específica da luz que um pilar captura e emite. Para um teste exigente de tal técnica, pesquisadores examinaram o quão bem os nanopilares reproduziam as cores de uma pintura familiar, como o Vermeer.

p Embora várias equipes de pesquisadores tenham arranjado com sucesso milhões de nanopilares cujos tamanhos foram ajustados para transmitir o vermelho, luz verde ou azul para criar uma paleta específica de cores de saída, os cientistas não tinham como controlar a intensidade dessas cores. A intensidade, ou brilho, de cores determina a luz e a sombra de uma imagem - seu claro-escuro - e aumenta a capacidade de transmitir impressões de perspectiva e profundidade, uma característica marcante do trabalho de Vermeer.

p Agora, fabricando nanopilares que não apenas capturam e emitem cores específicas de luz, mas também alteram sua polarização em vários graus, os pesquisadores do NIST e seus colaboradores da Universidade de Nanjing na China demonstraram pela primeira vez uma maneira de controlar a cor e a intensidade. Os pesquisadores, que incluem Amit Agrawal e Wenqi Zhu do NIST e da Universidade de Maryland em College Park, e Henri Lezec do NIST, descrevem suas descobertas na edição de 20 de setembro da revista Optica , postado online hoje.

p Em seu novo trabalho, a equipe do NIST fabricou em uma lâmina de vidro nanopilares de dióxido de titânio que tinha uma seção transversal elíptica em vez de circular. Objetos circulares têm um único diâmetro uniforme, mas os objetos elípticos têm um eixo longo e um eixo curto.

p Os pesquisadores projetaram os nanopilares de forma que, em diferentes locais, seu longo eixo ficasse mais ou menos alinhado com a polarização da luz branca que entra. (Luz polarizada é a luz cujo campo elétrico vibra em uma direção específica conforme viaja pelo espaço.) Se o eixo longo da nanopilar estivesse exatamente alinhado com a direção de polarização da luz que entra, a polarização da luz transmitida não foi afetada. Mas se o eixo longo foi girado por algum ângulo - por exemplo, 20 graus - em relação à direção de polarização da luz que entra, o nanopilar girou a polarização da luz incidente em duas vezes esse ângulo - neste caso, 40 graus.

p Em cada local da lâmina de vidro, a orientação de um nanopilar girou a polarização do vermelho, luz verde ou azul é transmitida por uma quantidade específica.

p Por si próprio, a rotação transmitida por cada nanopilar não alteraria de forma alguma a intensidade da luz transmitida. Mas junto com um filtro polarizador especial colocado na parte de trás da lâmina de vidro, a equipe atingiu esse objetivo.

p O filtro foi orientado de forma a impedir a passagem de qualquer luz que mantivesse sua polarização original. (Os óculos de sol funcionam da mesma maneira:as lentes atuam como filtros polarizados verticalmente, reduzindo a intensidade do brilho polarizado horizontalmente.) Esse seria o caso para qualquer lugar na lâmina de vidro onde um nanopilar tivesse deixado inalterada a polarização da luz incidente. Essa região seria projetada como um ponto escuro em uma tela distante.

p Em locais onde um nanopilar havia girado a polarização da luz branca incidente, o filtro permitia uma certa quantidade de vermelho, luz verde ou azul para passar. A quantidade dependia do ângulo de rotação; quanto maior o ângulo, quanto maior a intensidade da luz transmitida. Desta maneira, O time, pela primeira vez, controlava a cor e o brilho.

p Uma vez que os pesquisadores do NIST demonstraram o projeto básico, eles criaram uma cópia digital de uma versão em miniatura da pintura de Vermeer, cerca de 1 milímetro de comprimento. Eles então usaram as informações digitais para orientar a fabricação de uma matriz de milhões de nanopilares. Os pesquisadores representaram a cor e a intensidade de cada elemento da imagem, ou pixel, da Vermeer por um grupo de cinco nanopilares - um vermelho, dois verdes e dois azuis - orientados em ângulos específicos para a luz que entra. Examinando a imagem de tamanho milimétrico que a equipe havia criado ao lançar luz branca através dos nanopilares, os pesquisadores descobriram que reproduziram "Girl With the Pearl Earring" com extrema clareza, até mesmo capturando a textura da tinta a óleo na tela.

p “A qualidade da reprodução, capturando as sutis gradações de cores e detalhes de sombras, é simplesmente notável, "disse o pesquisador do NIST e co-autor do estudo Agrawal." Este trabalho faz uma ponte entre os campos da arte e da nanotecnologia de maneira bastante elegante.

p Para construir os nanopilares, Agrawal e seus colegas primeiro depositaram uma camada de um polímero ultrafino no vidro, apenas algumas centenas de nanômetros de espessura. Usando um feixe de elétrons como uma furadeira em miniatura, eles então escavaram uma série de milhões de minúsculos orifícios de dimensões e orientações variadas no polímero.

p Então, usando uma técnica conhecida como deposição de camada atômica, eles preencheram esses buracos com dióxido de titânio. Finalmente, a equipe gravou todo o polímero ao redor dos orifícios, deixando para trás milhões de minúsculos pilares de dióxido de titânio. A dimensão e orientação de cada nanopilar representado, respectivamente, o matiz e o brilho da imagem final em milímetros.

p A técnica nanopilar pode ser facilmente adaptada para transmitir cores específicas de luz, com intensidades particulares, para comunicar informações através de uma fibra óptica, ou para imprimir um item valioso com uma miniatura, marca de identificação multihued que seria difícil de replicar. p Esta história foi republicada por cortesia do NIST. Leia a história original aqui.